JP4814252B2 - ウエハーから半導体チップを製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、１つのウエハーから複数の半導体チップを製造する方法に、特に１つのウエハーから複数のＺＲ型ダイオードチップを製造する方法、並びに該方法によって製造される半導体構成要素に関する。

半導体構成要素、例えばダイオード、トランジスター若しくはサイリスターは、通常ケーシング内にパッケージされた半導体チップを含んでいる。半導体チップは一般的にウエハーから作成されており、１つのウエハーは一般的に同一の極めて多くの数の半導体チップを含んでいる。ウエハーの製造の後に、通常は最終の金属被覆工程の後に、チップはウエハーから切り出される。ウエハーからのチップの切り出し、つまりチップの個別化は一般的にダイヤモンドソーを用いて行われる。このような鋸挽き過程は比較的簡単に実施されるものの、欠点を伴っており、全チップ縁部にわたる、つまりチップ全周にわたる切断面に結晶損傷を生ぜしめており、結晶損傷はチップの数十マイクロメートルの深さにまで達している。このような結晶損傷は殊に、チップ内にｐｎ接合部を有する構成要素にとって不都合である。この場合にｐｎ接合部は損傷された結晶部分の領域で終わっていて、そこで損なわれることになる。これによって、例えば極めて高い逆方向電流が見られる。
損傷された結晶部分を例えば側方のチップ縁部のエッチングによって除去して逆方向電流を減少させることは公知である。このような手段は、手間及び費用のかかる付加的な作業工程を必要としている。

本発明の課題は、１つのウエハーからの複数の半導体チップの製造、殊にＺ型ダイオードの製造のための方法を改善して、該方法によってチップのｐｎ接合部の領域での結晶損傷を少なくできるようにすること、並びに該方法によって製造された半導体構成要素を提供することである。

前記課題を解決するために本発明に基づく方法では、ウエハーの製造の後に、一般的に最終的な金属被覆過程の後に、ウエハーの表面に目標破断箇所を形成し、かつ該ウエハーを目標破断箇所に沿って裂断して若しくは折り曲げて、各半導体チップを互いに個別化するようになっている。このようにウエハーの裂断による半導体チップの個別化においては利点として、鋸挽きによる個別化に比べてチップの側面にわずかな結晶損傷しか生じないことである。その結果、特にＺ型ダイオード若しくはツェナーダイオードにおいて、逆方向電流は減少されている。

本発明の実施態様を従属請求項に記載してある。本発明は、チップの個別化の後に結晶損傷を除去するためにチップの側面を後加工することを、必ずしも必須とするものではなく、したがって付加的な作業工程を省略できるようになっている。しかしながら本発明の１つの実施態様に基づき、逆方向電流をさらに減少させるために、ウエハーの裂断の後にチップ側面若しくはチップ縁部をエッチング加工することもできる。この場合にエッチング除去量若しくはエッチング除去厚さを１０μｍより小さく選ぶと有利であり（フラッシエッチング）、それというのは結晶損傷は深くまで達していないからである。エッチング法として、半導体製造技術で用いられているあらゆるエッチング法を用いることができる。エッチング過程は別の時点で、例えばろう付け組立の後に行われてよい。

半導体チップの個別化のための本発明に基づく方法は殊に、半導体チップのｐｎ接合面が該チップの側方の縁部まで達する構成要素の製造に用いられ、特にｐｎ接合部がチップの縁部領域でチップの中央部よりも小さい積層厚さを有する構成要素の製造に用いられる。このような積層体はチップの中央部でよりもチップの縁部領域で大きく伸びるので、電界の強さも縁部領域で減少されている。ｐｎ接合部を前述のように構成してあることによって、構成要素はチップの側方の縁部若しくは側面の結晶損傷の影響を受けにくくなっている。したがって半導体チップの側方の裂断縁部は、結晶損傷を除去するために例えばエッチングによる後加工を施されなくてすむようになっている。

ｐｎ接合面若しくはｐｎ接合部がチップの縁部領域で終わっている適切な構成要素は、例えばダイオード、Ｚ型ダイオード、ツェナーダイオード、トランジスター、サイリスター等であり、縁部の電界の強さの減少されたｐｎ接合部を有する適切な構成要素は、特にＺＲ型ダイオードである。

目標破断箇所は例えばダイヤモンドソーを用いて鋸挽きによって形成されると有利である。目標破断箇所を選択的に、例えばレーザーによって、若しくはフォトリソグラフィプロセス及び続く湿式エッチング若しくは乾式エッチングによって形成することも可能である。

ウエハー表面における目標破断箇所の形成に際して、目標破断箇所の深さは、チップの縁部領域のｐｎ接合部（ｐｎ移行部）の厚さ若しくは深さよりも小さくされている。つまり、目標破断箇所はｐｎ接合部を越えて延びないようにしてある。このことは特に、ウエハー表面の鋸挽きによる目標破断箇所の形成にとって当てはまり、それというのはｐｎ接合部を越えて目標破断箇所を形成すると、ｐｎ接合部の領域で結晶構造を損傷させてしまうことになるからである。

目標破断箇所は、１つの実施態様ではウエハーの表面（正面、前面若しくは上面とも称される）か又は裏面（背面若しくは下面）に形成され、別の実施態様では、ウエハーの表面及び裏面に形成されてよい。

目標破断箇所の方向（延在方向）は、目標破断箇所がウエハーの結晶構造に関連して、容易に裂けやすい結晶面に対して平行に延びるように規定されている。別の方向、つまり結晶面に対して所定の角度を成す方向を選ぶことも可能である。

（１００）面若しくは（１００）配列を有するシリコンウエハーにおいては、目標破断箇所若しくは鋸挽きスリットは有利には、１つの（１００）面若しくは（１００）配列層に対して平行若しくは垂直に延びており、方形若しくは正方形のチップを形成するようになっている。（１１１）面若しくは（１１１）配列を有するシリコンウエハーを用いて、六角形の半導体チップを製造することも可能である。この場合には、目標破断箇所若しくは鋸挽きスリットは（１１０）面に対して３０°と９０°との角度を成して延びている。この場合にも各チップの裂断縁部は容易に裂断可能な（１１１）面若しくは（１１１）結晶面の方向に延びている。

本発明の有利な実施態様では、半導体チップの個別化の前に、目標破断箇所の形成されたウエハーに１つのシート若しくは箔、有利には自己接着性のシート若しくは箔を接着して、この状態でウエハーを裂断するようになっている。裂断に際してシートは伸ばされ、各チップは直接にシートから引き続き加工され、例えばろう付けされ、若しくはパッケージ若しくは実装される。

ウエハーにシートを付着させてある場合に、ウエハーは有利にはシートの側から、つまりシートに例えばローラを当てつけて折り曲げられ、これによって裂断の際のチップ同士の摩擦及び損傷を避けるようにしてある。

半導体チップを有する本発明に基づく半導体構成要素若しくは半導体素子においては、半導体チップは、後加工されないか若しくは結晶損傷の除去のためにわずかにしか後加工されないようになっている側方の裂断縁部を有している。半導体チップは有利には、側方の縁部に目標破断箇所の裂断開始部若しくは徴候を有している。

次に本発明を図示の実施例に基づき詳細に説明する。図面において、
図１は、縁部の電界強さを減少されているＺ型ダイオード用の公知の半導体チップの側面図であり、
図２は、縁部の電界強さを減少されているＺ型ダイオード用の本発明の実施例の半導体チップの側面図であり、
図３ａ及び図３ｂは、互いに異なる結晶配列のウエハーの平面図であり、
図４ａ乃至図４ｃは、ウエハー表面の鋸挽きのためのダイヤモンドソーの種々の実施例の断面図である。

図１には公知技術のＺ型ダイオード用の半導体チップ２を示してあり、該ダイオードは縁部の電界強さを減少されていて、ＺＲ型ダイオードとも呼ばれるものである。ダイオードチップ２は、シリコンサブストレートから形成されており、シリコンサブストレートは約８×１０^１５ｃｍ^−３のｎ形ドーピングを有している。チップ２は、表面９から裏面１０の方向で見てｐ^＋ドーピングの層（ｐ^＋領域）４、該層の下側に位置していて該層及び薄いｎ⁻ドーピングの層（ｎ⁻領域）３によって取り囲まれたｎドーピングのサブストレート層（ｎ領域）６、並びにチップの裏面１０に配置された厚いｎ^＋ドーピングの層（ｎ^＋領域）５から成っている。表面９及び裏面１０にはさらに金属被覆層７，８を施してある。

ＺＲ型ダイオードは、逆方向での作動に際して降伏現象がダイオードチップ２のチップ中央でのみ行われ、ダイオードチップの縁部領域では行われないことを特徴としている。
このような効果は、Ｚ型ダイオードがダイオードチップ２の中央と縁部１５に互いに異なるｐｎ接合部を有していることに基づいている。ｐｎ接合部は、ダイオードチップの中央の領域で層４―６によって形成され、縁部の領域で層４−３によって形成されており、積層厚さの差は中央の領域で縁部の領域よりも著しく大きくなっている。これによって、中央のｐｎ接合部４―６の降伏電圧もｐｎ接合部４−３の降伏電圧よりも小さくなっている。したがってなだれ降伏は確実にチップ中央で行われ、チップ縁部では行われない。逆方向での作動に際して、積層区域はチップ２の縁部でチップ中央よりも大きく伸び、その結果、縁部領域の電界強さは中央領域の電界強さよりも小さくなっている。これによりＺ型ダイオードは、（縁部電界強さの減少された）ＺＲ型ダイオードとも呼ばれる。

ダイオードチップ２は、図３ａ及び図３ｂに示してあるようにウエハー１、例えばシリコンウエハーから成形される。公知技術ではウエハープレートはウエハー１の製造の後にチップ２の縁部１５に沿って鋸（ソー）で切断されて、複数のチップに個別化される。切断縁は図１に符号１１で示してある。ウエハー１のこのような鋸挽き切断は欠点として、切断面に沿ってチップ縁部全体の結晶に損傷を生ぜしめてしまい、このような結晶損傷は構成要素の機能を損なうことになる。

図２に示すＺ型ダイオード用のダイオードチップ２は、ドーピングパターンに関して図１のものと同じになっている。図１のダイオードチップ２と異なって、図２のダイオードチップは目標破断箇所１４（ここでは凹部として示してある）を有しており、目標破断箇所でウエハー１は裂断されている。側方の裂断縁部は符号１２で表してある。ウエハー１のこのような裂断若しくは折り取りは、利点として、鋸挽きによる切断に比べてｐｎ接合部４−３の領域の結晶に極めてわずかな損傷しか生ぜしめず、その結果、Ｚ型ダイオードの逆方向電流は減少されている。

側方縁部（側面）１５は図面では簡略化のために表面９若しくは裏面１０に対して直角を成して描かれている。このことはすべての結晶配列にとって正しくはなく、それというのは結晶の裂断された結晶面は必ずしも垂直ではなく、多くの場合に軽く傾斜して延びているからである。このことは、目標破断箇所１４を表面９に設ける場合にも裏面１０に設ける場合にも考慮される。

図示のＺＲ型ダイオードは例として挙げてあるものである。本発明は任意に、半導体チップの側方の縁部１５まで達するｐｎ接合部を有する別の構成素子、例えばトランジスターやサイリスター等、特に縁部領域の電界がチップ中央の電界よりも小さい構成要素若しくは構成要素にも用いられるものである。

チップの製造に際して最初の工程で目標破断箇所１４をウエハー表面に形成し、次いでウエハーは、複数のチップ２を個別化するために、つまり複数のチップ２に分割するために目標破断箇所１４に沿って裂断される。目標破断箇所１４は図面では直線状の凹部として示されているものの、別の形状を有していてよく、例えばパーフォレーション状若しくはミシン目状に形成されていてよい。

目標破断箇所１４は有利にはダイヤモンドソーによって形成され、若しくはレーザー切断装置を用いて、或いはフォトリソグラフィー法及びエッチング手段を用いて形成されてよい。殊に鋸挽きによって目標破断箇所１４を形成する場合には、
鋸挽きスリットの深さが半導体チップ２の縁部領域でｐｎ接合部４−３の厚さ若しくは深さｄよりも小さくなるようにしてあり、それというのは鋸挽き深さ（スリット深さ）をｐｎ接合部４−３の厚さよりも大きくすると、ｐｎ接合部４−３の領域若しくはｐｎ接合面の領域の結晶構造を従来技術と同様に損傷させてしまうことになるからである。

鋸身若しくは鋸ディスクの歯部の幅ｂは例えば１００μｍと３００μｍとの間であってよく、鋸挽き深さｃは例えば２μｍと６０μｍとの間であってよい。目標破断箇所１４を設けた後に、つまり例えば凹部をウエハー表面に形成した後に、チップ２の個別化（分割）はウエハー１の裂断若しくは折り曲げによって行われる。この場合に例えば１つのローラを用いてウエハー１の表面に平面的な力若しくは面圧を生ぜしめるようになっている。

目標破断箇所は図示の実施例ではチップの表面９にのみ形成されているものの、裏面１０に形成されてもよく、若しくは両方の面に形成されてもよい。目標破断箇所１４は有利には、ウエハーの容易に裂断され得る結晶面に対して平行に延びている。このような結晶面はシリコンウエハーの場合には特に（１１１）面である。

図３ａ及び図３ｂには、互いに結晶配列の異なる各シリコンウエハー１を示してあり、この場合に図３ａのウエハー１は（１００）面を有し、図３ｂのウエハー１は（１１１）面を有している。図３ａでは直線状の鋸挽きスリット１４は１つの（１１０）面１６に対して垂直に延びているものと、平行に延びているものとあり、これによって方形のチップ２を形成するようになっている。図３ｂでは、鋸挽きスリット１４は（１１０）面１６に対して３０°の角度を成して延びているものと、垂直に延びているものとある。これによって、ウエハーの容易に裂断する（１１１）面を有する六角形のチップ２を形成するようになっている。

目標破断箇所を容易に裂ける若しくは割れる（１１１）面に対して平行に位置するように配置することは、原理的には必ずしも必要ではない。図３ｂの（１１１）面のウエハー１を図３ａに相応して正方形に分割することも可能である。この場合には、まず配列層１６に対して平行に延びていて割れにくい（１１０）面に沿って分割を行い、次いで配列層１６に対して垂直に延びる（１１１）面に沿って分割を行うと有利である。

鋸挽きスリット１４は例えばダイヤモンドソーを用いて形成されてよく、ダイヤモンドソーは例えばニッケル内に混入されたダイヤモンド細片若しくはダイヤモンド粒子から成っている。特殊な形状のダイヤモンドソー、例えば鋸身の断面が先細であるダイヤモンドソー、若しくは鋸身の断面が通常の方形と異なる形状のダイヤモンドソーを用いることも可能である。

図４ａ乃至図４ｃには種々の実施例のダイヤモンドソー用の鋸身を示してあり、この場合に鋸身（ディスク又は円盤）は支持体１７を備えており、該支持体に歯部１８を取り付けてある。鋸身は回転対称に形成されていて、回転軸線１９を中心として回転するようになっている。

図４ａに示してあるダイヤモンドソー用鋸身は断面方形の歯部を有している。歯部の幅（身幅）は符号ｂで表してある。図４ｂに示してあるダイヤモンドソー用鋸身は、外側へ先細りに延びる歯部、つまり断面で先細の歯部を有しており、図４ｃに示してあるダイヤモンドソー用鋸身は、外側へ凸状に延びる歯部、つまり断面で凸状湾曲の歯部を有している。図４ｂ及び図４ｃの歯部１８は、図４ａの実施例のものに比べて結晶損傷が少なくて有利である。

公知の半導体チップの側面図 本発明の実施例の半導体チップの側面図 １つの実施例のウエハーの平面図 別の実施例のウエハーの平面図 ダイヤモンドソーの１つの実施例の断面図、 ダイヤモンドソーの別の実施例の断面図 ダイヤモンドソーのさらに別の実施例の断面図

符号の説明

１ ウエハー、 ２ 半導体チップ、 ３，４，５，６ 層、 ７，８ 金属被覆層、 ９ 表面、 １０ 裏面、 １１ 切断縁部、 １２ 裂断縁部、 １３ 、１４ 目標破断箇所、 １５ 縁部、１６ 支持体、１９ 回転軸線、 ａ，ｂ 幅、 ｃ，ｄ 深さ

Claims (10)

1. １つのウエハー（１）から複数の半導体チップ（２）を製造する方法において、ウエハーの表面に目標破断箇所（１４）を形成して、かつ目標破断箇所（１４）を線状の凹部として形成し、該線状の凹部を溝（１３）内に配置して、更に目標破断箇所（１４）の深さ（Ｃ）を、半導体チップ（２）の側方の縁部領域に設けてあるｐｎ接合部（４−３）の深さ（ｄ）よりも小さくしてあり、半導体チップ（２）を個別化するために、ウエハー（１）を目標破断箇所（１４）に沿って裂断することを特徴とする、ウエハーから半導体チップを製造する方法。
2. ウエハー（１）を目標破断箇所に沿って裂断した後に、半導体チップ（２）の側方の裂断縁部（１２）を、後加工しないようにするか、結晶損傷の除去のためにわずかにしか後加工しないようにしてある請求項１に記載の方法。
3. 前記方法を、半導体チップ（２）の側方の縁部（１５）まで達するｐｎ接合部（４−３）を有する半導体チップ（２）のために用いる請求項１又は２に記載の方法。
4. 目標破断箇所（１４）をウエハー表面に鋸挽きによって形成してある請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 目標破断箇所（１４）をウエハー（１）の表面（９）に形成してある請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 目標破断箇所（１４）をウエハーの表面（９）及び裏面（１０）に形成してある請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
7. 目標破断箇所（１４）の方向は、ウエハー（１）の結晶構造に関連して前記目標破断箇所がウエハーの結晶の容易に裂断される結晶面に対して平行に延びているように選ばれている請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 目標破断箇所を備えたウエハー（１）を、半導体チップ（２）の個別化の前に１つのシートに接着する請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 半導体チップ（２）を有する半導体構成要素であって、半導体チップは、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法によりウエハー（１）から製造され半導体チップの側方の縁部（１５）まで達するｐｎ接合部（４−３）を有している形式のものにおいて、半導体チップ（２）は、後加工されないか若しくは結晶損傷の除去のためにわずかにしか後加工されないようになっている側方の裂断縁部（１２）を有していることを特徴とする半導体構成要素。
10. 半導体チップ（２）は、側方の縁部（１５）に目標破断箇所（１４）の裂断開始部を有している請求項９に記載の半導体構成要素。

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